Osoby, które przeżyły czarną śmierć, przekazały swoim potomkom geny odporności na zarazę, ale ma to swoją cenę
„Czarna śmierć” - raz za razem
„Czarna śmierć”, czyli pandemia dżumy dymieniczejXIV w., wywołana przez bakterię Yersinia pestis, w ciągu zaledwie pięciu lat pochłonęła życie od 30 do 50% populacji Europy. Później co kilka lat obserwowano na kontynencie ogniska tej choroby. A jednak każdy kolejny pochłaniał mniej ofiar niż poprzedni. Naukowcy przez długi czas nie mogli zrozumieć, dlaczego.
Bacillus dżumy (Yersinia pestis) to rodzaj bakterii Gram-ujemnych z rodziny Yersiniaceae. Czynnik zakaźny dżumy dymieniczej może również powodować dżumowe zapalenie płuc i dżumę septyczną.
Laboratoria Rocky Mountain, NIAID, NIH
Według jednej teorii śmiertelnośćzmniejsza się w wyniku zmian ewolucyjnych w bakterii Y. pestis lub rozwinięte europejskie praktyki kulturowe związane z higieną. Poprawa przeżywalności może jednak wynikać także z szybkiej selekcji naturalnej spowodowanej pandemią. Naukowcy wysuwają hipotezę, że w tym scenariuszu osoby posiadające geny odporności na dżumę przeżywały częściej i tym samym częściej przekazywały je następnemu pokoleniu.
Walidacja pomysłu
Aby przetestować tę hipotezę, eksperci zebrali ponad 500 próbek DNA ze szczątków osób, które zmarły przed, w trakcie lub wkrótce po tym, jak czarna śmierć przetoczyła się przez Anglię i Danię.
Naukowcy pobrali DNA do analizy.ze szczątków pochowanych w londyńskich dołach zarazy w East Smithfield. Jest to cmentarz o powierzchni około 2 hektarów, na którym w latach 1348-1350 znajdowały się masowe groby. Zebrali 318 próbek ze Smithfield i innych ośrodków w Londynie, a także 198 próbek z pięciu ośrodków w Danii. DNA pobrano od osób, które zmarły 500 lat przed rozpoczęciem Czarnej Śmierci i do 450 lat po jej zakończeniu. Co więcej, wiele z tych próbek pobrano od osób znajdujących się w „epicentrum wydarzeń”.
Eksperymentuj z częściami genu
Okazało się, że DNA było silnie zdegradowane i wymieszanez innym DNA środowiska, w tym pozostawionym przez drobnoustroje. Dlatego biolodzy badali tylko małe jego obszary. Skoncentrowali się na około 350 specyficznych genach zaangażowanych w układ odpornościowy, a także na około 500 szerszych regionach genomu kojarzonych wcześniej z zaburzeniami odporności.
Wśród genów związanych z odpornością,Zespół zidentyfikował 245 wariantów genów, czyli specyficznych „smaków” różnych genów. Ich osobliwością jest to, że szczególnie silnie rozprzestrzeniły się wśród londyńczyków po rozpoczęciu pandemii. Cztery z nich znaleziono w próbkach z Danii.
Naukowcy twierdzą, że na organizm działa szeroki zakres genówrazem, aby wywołać odpowiedź immunologiczną przeciwko patogenom, takim jak Y. pestis. Sugeruje to, że wiele z tych genów będzie podlegać selekcji naturalnej podczas pandemii. Ponadto próbki z Anglii i Danii mogą wykazywać różne wzorce zmienności tych genów.
Wykorzystując DNA wyekstrahowane z zębów osób, które zmarły przed i podczas pandemii dżumy, naukowcy odkryli różnice genetyczne.
Zdjęcie dzięki uprzejmości Matta Clarka/McMaster University
Aby dowiedzieć się, czy oznaczone geny chronią ludziprzed zarazą i w jaki sposób pobrali od żywych ludzi komórki odpornościowe zwane makrofagami. Biolodzy przeanalizowali ich skład genetyczny, a następnie wystawili komórki na działanie Y. pestis na szalkach Petriego.
„Czerwona flaga” na odporność
Jeden gen – ERAP2 – okazał się kluczową broniąarsenał komórek odpornościowych. Przynajmniej na szalkach Petriego makrofagi niosące dwie kopie wersji ERAP2 zabiły Y. pestis jest skuteczniejszy niż makrofagi z jedną kopią wariantu genu lub bez. ERAP2 zawiera instrukcje dotyczące wytwarzania białka, które pomaga komórkom odpornościowym wyświetlać na swojej powierzchni cząsteczki obcych najeźdźców, takie jak bakterie. To wywołuje „czerwoną flagę” dla innych komórek odpornościowych , wzywając ich do pomocy w walce z wirusem.
Макрофаги также выделяют вещества, называемые цитокинами, чтобы сплотить иммунную систему для борьбы с патогенами. Оказалось, что набор цитокинов, выделяемых клетками, варьируется в зависимости от того, какие версии гена ERAP2 они несут.
Za wszystko trzeba zapłacić
Постчумная версия ERAP2 действительно дала носителям преимущество перед «Черной смертью», хотя исследования в лабораторных чашках не полностью отражают то, что происходит с человеком в реальной жизни, подчеркивают ученые.
И, все же, эта защита от чумы могла дорого стоить. Согласно отчету журнала Clinical and Translational Gastroenterology, версия ERAP2, которая защищает от Y. pestis, является известным фактором риска болезни Крона. Авторы исследования отметили, что другие генетические варианты, отмеченные в новом исследовании, связаны с повышенным риском аутоиммунных заболеваний, включая ревматоидный артрит и волчанку.
Однако во время пандемии это было неважно, подчеркивают ученые. «Срочность пандемии сделала компромисс неизбежным», — объясняют они в комментарии к статье в журнале Nature. Подобные компромиссы, вероятно, были и во время других исторических вспышек, до и после «Черной смерти». Отголоски этих событий все еще можно наблюдать в ДНК современных людей.
Czytaj więcej:
NASA ujawniła pochodzenie Haumei - najbardziej tajemniczej planety w Układzie Słonecznym
Żywe organizmy sprawiły, że Mars nie nadaje się do zamieszkania
Wątroba może pracować przez ponad 100 lat: naukowcy powiedzieli, jak to możliwe